Selüloz eter, doğal selülozun hammadde olarak kullanıldığı ve kimyasal modifikasyonla elde edilen sentetik bir polimerdir. Selüloz eter, doğal selülozun bir türevidir; selüloz eter üretimi ile sentetik polimer üretimi farklıdır, en temel maddesi selülozdur, yani doğal polimer bileşikleridir. Doğal selülozun yapısının özelliğinden dolayı, selülozun kendisi eterleştirici madde ile reaksiyona girme yeteneğine sahip değildir. Ancak şişirme maddesi ile işlemden sonra, moleküler zincirler ve zincirler arasındaki güçlü hidrojen bağları yok edilir ve hidroksil grubunun aktivitesi reaksiyon yeteneğine sahip alkali selüloza salınır ve eterleştirici maddenin -OH grubunu -OR grubuna dönüştürmesiyle selüloz eter elde edilir.
Selüloz eterlerin özellikleri, ikame edici grupların türüne, sayısına ve dağılımına bağlıdır. Selüloz eterlerin sınıflandırılması da ikame edici grupların türüne, eterleşme derecesine, çözünürlüğe ve ilgili uygulamalara göre yapılabilir. Moleküler zincir üzerindeki ikame edici grupların türüne göre tek eter ve karışık eter olarak ikiye ayrılabilir. MC genellikle tek eter olarak kullanılırken, HPmc karışık bir eterdir. Metil selüloz eter (MC), hidroksil grubundaki glikoz biriminin metoksit ile değiştirilmesiyle elde edilen, [CO H7O2 (OH) 3-H (OCH3) H] X formülüne sahip doğal bir selüloz metil selüloz eterdir. Hidroksipropil metil selüloz eter (HPmc) ise hidroksil grubunun bir kısmının metoksit ile, diğer kısmının ise hidroksipropil ile değiştirilmesiyle elde edilen bir üründür. Yapısal formülü [C6H7O2 (OH) 3-MN (OCH3) M [OCH2CH (OH) CH3] N] X'tir. Hidroksietil metil selüloz eter (HEmc) ise piyasada yaygın olarak kullanılan ve satılan bir üründür.
Çözünürlüklerine göre iyonik ve iyonik olmayan tiplere ayrılabilirler. Suda çözünebilen iyonik olmayan selüloz eter, esas olarak alkil eter ve hidroksil alkil eter olmak üzere iki seriden oluşur. İyonik Cmc, esas olarak sentetik deterjan, tekstil, baskı, gıda ve petrol arama sektörlerinde kullanılır. İyonik olmayan MC, HPmc, HEmc ve diğerleri ise esas olarak yapı malzemeleri, lateks kaplamalar, ilaç, günlük kimya ve diğer alanlarda koyulaştırıcı, su tutucu, stabilizatör, dağıtıcı ve film oluşturucu olarak kullanılır.
Selüloz eter su tutma özelliği
Yapı malzemelerinin, özellikle kuru karışımlı harçların üretiminde, selüloz eter yeri doldurulamaz bir role sahiptir; özellikle özel harç (modifiye harç) üretiminde vazgeçilmez bir bileşendir.
Suda çözünebilen selüloz eterin harçtaki önemli rolü esas olarak üç açıdan ele alınabilir: birincisi mükemmel su tutma yeteneği, ikincisi harcın kıvamı ve tiksotropisi üzerindeki etkisi, üçüncüsü ise çimento ile etkileşimidir.
Selüloz eterin su tutma özelliği, higroskopiklik tabanına, harcın bileşimine, harç tabakası kalınlığına, harcın su ihtiyacına ve yoğuşma malzemesinin yoğuşma süresine bağlıdır. Selüloz eterin su tutma özelliği, selüloz eterin kendi çözünürlüğü ve dehidrasyonundan kaynaklanır. Bilindiği gibi, selüloz moleküler zincirleri, çok sayıda yüksek oranda hidratlanmış OH grubu içermelerine rağmen, yüksek kristal yapıları nedeniyle suda çözünmezler. Hidroksil gruplarının hidrasyon yeteneği tek başına güçlü moleküller arası hidrojen bağlarını ve van der Waals kuvvetlerini karşılamaya yetmez. Moleküler zincire ikame ediciler eklendiğinde, ikame ediciler sadece hidrojen zincirini yok etmekle kalmaz, aynı zamanda bitişik zincirler arasına sıkışmaları nedeniyle zincirler arası hidrojen bağları da kırılır. İkame ediciler ne kadar büyükse, moleküller arasındaki mesafe de o kadar büyük olur. Hidrojen bağının yıkım etkisi ne kadar büyükse, selüloz kafes genişlemesi o kadar fazla olur ve selüloz eterin suda çözünebilir hale gelmesi ve yüksek viskoziteli bir çözelti oluşması da o kadar büyük olur. Sıcaklık yükseldikçe, polimerin hidrasyonu azalır ve zincirler arasındaki su dışarı atılır. Susuzlaştırma etkisi yeterli olduğunda, moleküller bir araya gelmeye başlar ve jel üç boyutlu bir ağ şeklinde katlanır. Harcın su tutma özelliğini etkileyen faktörler arasında selüloz eter viskozitesi, dozaj, partikül inceliği ve çalışma sıcaklığı yer alır.
Selüloz eterin viskozitesi ne kadar yüksekse, su tutma performansı da o kadar iyi olur; polimer çözeltisinin viskozitesi de önemlidir. Polimerin moleküler ağırlığı (polimerizasyon derecesi) ayrıca zincirin moleküler yapısının uzunluğu ve morfolojisi ile belirlenir ve ikame edici sayısının dağılımı viskozite aralığını doğrudan etkiler. [eta] = Km alfa
Polimer çözeltilerinin içsel viskozitesi
M polimer moleküler ağırlığı
α polimer karakteristik sabiti
K viskozite çözelti katsayısı
Polimer çözeltisinin viskozitesi, polimerin moleküler ağırlığına bağlıdır. Selüloz eter çözeltilerinin viskozitesi ve konsantrasyonu çeşitli uygulamalarla ilişkilidir. Bu nedenle, her selüloz eterinin birçok farklı viskozite özelliği vardır ve viskozite düzenlemesi esas olarak alkali selülozun bozunması, yani selüloz moleküler zincirinin kırılması yoluyla gerçekleştirilir.
Parçacık boyutu açısından, parçacık ne kadar ince olursa, su tutma özelliği o kadar iyi olur. Büyük selüloz eter parçacıkları suyla temas ettiğinde, yüzey hemen çözünür ve su moleküllerinin daha fazla nüfuz etmesini önlemek için malzemeyi saran bir jel oluşturur; bazen uzun süre karıştırma, çözünmenin eşit şekilde dağılmasını sağlayamaz ve bulanık, topaklanmış bir çözelti veya kümelenme oluşmasına neden olur. Selüloz eterin çözünürlüğü, selüloz eter seçiminde dikkate alınması gereken faktörlerden biridir.
Selüloz eterin koyulaşması ve tiksotropisi
Selüloz eterin ikinci etkisi olan koyulaştırma, selüloz eter polimerizasyon derecesine, çözelti konsantrasyonuna, kesme hızına, sıcaklığa ve diğer koşullara bağlıdır. Çözeltinin jelasyon özelliği, alkil selüloz ve modifiye türevlerine özgüdür. Jelasyon özellikleri, ikame derecesi, çözelti konsantrasyonu ve katkı maddeleriyle ilişkilidir. Hidroksil alkil modifiye türevleri için jel özellikleri, hidroksil alkil modifikasyon derecesiyle de ilişkilidir. Düşük viskoziteli MC ve HPmc için %10-15 konsantrasyonlu çözelti, orta viskoziteli MC ve HPmc için %5-10 konsantrasyonlu çözelti ve yüksek viskoziteli MC ve HPmc için sadece %2-3 konsantrasyonlu çözelti hazırlanabilir ve genellikle selüloz eterin viskozitesi de %1-2'lik çözelti ile derecelendirilir. Yüksek molekül ağırlıklı selüloz eter koyulaştırıcısının verimliliği, aynı çözelti konsantrasyonunda, farklı molekül ağırlıklı polimerlerin farklı viskoziteye sahip olmasıdır. Viskozite ve molekül ağırlığı şu şekilde ifade edilebilir: [η]=2,92×10-2 (DPn) 0,905, burada DPn, yüksek polimerizasyon derecesinin ortalama değeridir. Hedef viskoziteye ulaşmak için düşük molekül ağırlıklı selüloz etere daha fazla eklenmesi gerekir. Viskozitesi kesme hızına daha az bağımlıdır; yüksek viskoziteli polimerlerde ise hedef viskoziteye ulaşmak için daha az miktarda eklenmesi gerekir ve viskozite koyulaştırma verimliliğine bağlıdır. Bu nedenle, belirli bir kıvam elde etmek için belirli bir miktarda selüloz eter (çözelti konsantrasyonu) ve çözelti viskozitesi garanti edilmelidir. Çözeltinin jelleşme sıcaklığı, çözelti konsantrasyonunun artmasıyla doğrusal olarak azalır ve belirli bir konsantrasyona ulaşıldıktan sonra oda sıcaklığında jelleşme meydana gelir. HPmc, oda sıcaklığında yüksek bir jelleşme konsantrasyonuna sahiptir.
Kıvam, farklı modifikasyon derecelerine sahip partikül boyutları ve selüloz eterleri seçilerek de ayarlanabilir. Sözde modifikasyon, MC'nin iskelet yapısına belirli bir ikame derecesinde hidroksil alkil grubunun eklenmesidir. İki ikame edicinin, yani metoksi ve hidroksil gruplarının DS ve MS bağıl ikame değerlerinin değiştirilmesiyle, selüloz eterin çeşitli özellikleri elde edilebilir.
Kıvam ve modifikasyon arasındaki ilişki. Şekil 5'te, selüloz eter ilavesi harcın su tüketimini etkiler ve su ile çimento arasındaki bağlayıcı oranını değiştirir; bu da koyulaştırıcı etkidir. Dozaj ne kadar yüksek olursa, su tüketimi de o kadar fazla olur.
Toz halindeki yapı malzemelerinde kullanılan selüloz eterlerin soğuk suda hızla çözünmesi ve sisteme doğru kıvamı sağlaması gerekir. Belirli bir kesme hızında hala topaklanmış ve koloidal halde kalıyorsa, bu standart altı veya düşük kaliteli bir üründür.
Çimento harcının kıvamı ile selüloz eter dozajı arasında da iyi bir doğrusal ilişki vardır; selüloz eter, harcın viskozitesini büyük ölçüde artırabilir, dozaj ne kadar yüksek olursa etki o kadar belirgin olur.
Yüksek viskoziteli selüloz eter sulu çözeltisi, selüloz eterin özelliklerinden biri olan yüksek tiksotropiye sahiptir. Mc tipi polimerlerin sulu çözeltileri genellikle jel sıcaklığının altında psödoplastik, tiksotropik olmayan akışkanlığa sahipken, düşük kayma hızlarında Newton tipi akış özelliklerine sahiptir. Psödoplastiklik, selüloz eterin moleküler ağırlığı veya konsantrasyonu arttıkça artar ve ikame edici tipinden ve derecesinden bağımsızdır. Bu nedenle, aynı viskozite derecesine sahip selüloz eterler (MC, HPmc veya HEmc olsun), konsantrasyon ve sıcaklık sabit kaldığı sürece her zaman aynı reolojik özellikleri gösterir. Sıcaklık arttığında, yapısal jel oluşur ve yüksek tiksotropik akış meydana gelir. Yüksek konsantrasyonlu ve düşük viskoziteli selüloz eterler, jel sıcaklığının altında bile tiksotropi sergiler. Bu özellik, yapı harcının akışını ve akışa bağlılığını ayarlamak için büyük fayda sağlar. Burada açıklanması gereken nokta, selüloz eterin viskozitesi ne kadar yüksekse su tutma özelliğinin de o kadar iyi olduğudur; ancak viskozite ne kadar yüksekse, selüloz eterin bağıl moleküler ağırlığı da o kadar yüksek olur ve buna bağlı olarak çözünürlüğü azalır, bu da harcın konsantrasyonu ve inşaat performansı üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir. Viskozite ne kadar yüksekse, harcın koyulaşma etkisi de o kadar belirgin olur, ancak bu tam bir orantılı ilişki değildir. Bazı düşük viskoziteli, ancak modifiye edilmiş selüloz eterler, ıslak harcın yapısal mukavemetini artırmada daha üstün bir performans sergiler; viskozitenin artmasıyla selüloz eterin su tutma özelliği de iyileşir.
Yayın tarihi: 30 Mart 2022